Wenn wir das Sonnensystem betrachten, sehen wir Objekte aller Größen, von winzigen Staubkörnern bis hin zu riesigen Planeten und der Sonne. Ein gemeinsames Merkmal dieser Objekte ist, dass große Objekte (mehr oder weniger) rund und kleine Objekte unregelmäßig geformt sind. Aber wieso?
Die Antwort auf die Frage, warum große Objekte rund sind, hängt mit dem Einfluss der Schwerkraft zusammen. Die Anziehungskraft eines Objekts ist immer auf seinen Massenmittelpunkt gerichtet. Je größer das Objekt, desto massiver ist es und desto größer ist seine Anziehungskraft.
Bei festen Objekten wirkt diese Kraft der Kraft des Objekts selbst entgegen. Zum Beispiel zieht Sie die nach unten gerichtete Kraft, die Sie aufgrund der Schwerkraft der Erde spüren, nicht zum Erdmittelpunkt. Das liegt daran, dass der Boden Sie wieder nach oben drückt – eine Kraft, die zu groß ist, um Sie durchfallen zu lassen.
Die Macht der Erde hat jedoch ihre Grenzen. Stellen Sie sich einen riesigen Berg wie den Mount Everest vor, der immer größer und größer wird, wenn die Platten des Planeten miteinander kollidieren. Während der Everest immer höher wird, nimmt ihr Gewicht so stark zu, dass sie zu sinken beginnt. Das zusätzliche Gewicht wird den Berg in den Erdmantel drücken und seine Höhe begrenzen.
Wenn die Erde vollständig aus Ozean bestehen würde, würde der Everest einfach bis zum Erdmittelpunkt absinken (und das gesamte Wasser verdrängen, durch das er fließt). Alle Gebiete, in denen es extrem viel Wasser gab, würden unter dem Einfluss der Schwerkraft der Erde nach unten sinken. Gebiete, in denen Wasser extrem knapp war, füllten sich mit Wasser, das von anderswo herausgepresst wurde, und machten den imaginären Erd-Ozean zu einem perfekt kugelförmigen.
Aber die Sache ist die, dass die Schwerkraft tatsächlich überraschend schwach ist. Ein Objekt muss sehr groß sein, bevor es eine ausreichend starke Anziehungskraft ausüben kann, um die Festigkeit des Materials, aus dem es besteht, zu überwinden. Daher haben kleine feste Objekte (mit einem Durchmesser von Metern oder Kilometern) eine zu schwache Anziehungskraft, um eine Kugelform anzunehmen.
Wenn ein Objekt groß genug wird, dass die Schwerkraft gewinnt – die Kraft des Materials, aus dem es besteht – überwindet, neigt es dazu, das gesamte Material des Objekts in eine Kugelform zu ziehen. Teile des Objekts, die zu hoch sind, werden nach unten gezogen, wodurch das darunter liegende Material verdrängt wird, wodurch zu niedrige Teile herausgedrückt werden.
Wenn die Kugelform erreicht ist, sagen wir, dass sich das Objekt im "hydrostatischen Gleichgewicht" befindet. Aber wie stark muss das Objekt sein, um ein hydrostatisches Gleichgewicht zu erreichen? Es kommt darauf an, woraus es besteht. Ein Objekt, das nur aus flüssigem Wasser besteht, kann diese Aufgabe leicht bewältigen, da es tatsächlich keine Kraft hat - Wassermoleküle werden leicht bewegt.
Ein Objekt aus reinem Eisen hingegen müsste viel massiver sein, damit seine Schwerkraft die innere Kraft des Eisens überwindet. Im Sonnensystem beträgt der Schwellendurchmesser, der erforderlich ist, damit ein eisiges Objekt kugelförmig wird, mindestens 400 km, und für Objekte, die hauptsächlich aus festerem Material bestehen, ist diese Schwelle sogar noch größer. Der Saturnmond Mimas hat eine Kugelform und einen Durchmesser von 396 km. Derzeit ist es das kleinste uns bekannte Objekt, das diese Kriterien erfüllen kann.
Aber alles wird komplizierter, wenn Sie bedenken, dass alle Objekte dazu neigen, sich im Raum zu drehen oder zu bewegen. Wenn sich ein Objekt dreht, erfahren Orte an seinem Äquator (der Punkt in der Mitte zwischen den beiden Polen) eine etwas geringere Anziehungskraft als Orte in der Nähe der Pole.
Dadurch verschiebt sich die im hydrostatischen Gleichgewicht zu erwartende perfekte Kugelform zu einem sogenannten „abgeflachten Sphäroid“ – insbesondere wenn ein Objekt am Äquator breiter ist als an den Polen, gilt dies für unsere Erde. Je schneller sich das Objekt im Raum dreht, desto dramatischer wird dieser Effekt. Saturn, der weniger dicht als Wasser ist, dreht sich alle zehneinhalb Stunden um seine Achse (im Vergleich zum langsameren 24-Stunden-Zyklus der Erde). Infolgedessen ist es viel weniger kugelförmig als die Erde. Der Äquatordurchmesser von Saturn beträgt etwas mehr als 120 km und sein Poldurchmesser etwas mehr als 500 km. Das ist ein Unterschied von fast 108 km!
Einige Sterne sind sogar noch extremer. Der helle Stern Altair ist eine solche Kuriosität. Es dreht sich einmal alle 9 Stunden oder so. Er ist so schnell, dass sein äquatorialer Durchmesser 25 % größer ist als der Abstand zwischen den Polen!
Einfach ausgedrückt, der Grund, warum große astronomische Objekte kugelförmig (oder fast kugelförmig) sind, liegt darin, dass sie massiv genug sind, dass ihre Anziehungskraft die Stärke des Materials, aus dem sie bestehen, überwinden kann.
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